LINK — TECHNICAL FIELD GUIDE / ТЕХНИЧЕСКИЙ СПРАВОЧНИК
PHASETHE NETWORK
RECEIVED—
MAX DATA RATE—
← ОГЛАВЛЕНИЕ — РИС. 00 — 18 НОЯБРЯ 2026, ОДИН СВЕТОВОЙ ДЕНЬ 8.4 GHz · 70 m · 21 K

СВЯЗЬ
СЕТЬ ДАЛЬНЕЙ КОСМИЧЕСКОЙ СВЯЗИ

«Вояджер» разговаривает с Землёй с мощностью примерно лампочки в холодильнике, с расстояния в миллиарды километров. До Земли доходит около 10⁻¹⁸ ватта. Чтобы его услышать, нужны одни из крупнейших поворотных антенн на Земле, приёмники, охлаждённые почти до абсолютного нуля, и аккуратный учёт в децибелах. Шесть глав и два прибора: соберите бюджет радиолинии, проверенный по таблице самой JPL для «Вояджера», и узнайте, почему выигрывают большие антенны и высокие частоты.

НАЧАТЬ — ГЛАВА 01 →
CH.01 / 06 — ТРИ МЕСТА — ВСЕГДА ОДНО В ЗОНЕ ВИДИМОСТИ

Голдстоун, Мадрид, Канберра

Пока Земля вращается, любая отдельная станция половину суток не видит далёкий аппарат. Сеть дальней космической связи NASA решает это тремя комплексами, разнесёнными по земному шару, — в Калифорнии, Испании и Австралии, — так что аппарат всегда над чьим-то горизонтом. В каждом есть одна 70-метровая антенна — DSS-14 в Голдстоуне, DSS-63 в Мадриде, DSS-43 в Канберре — и несколько 34-метровых [2].

70-метровые антенны слушают через усилители с криогенным охлаждением: в диапазоне X вся приёмная система добавляет шум, эквивалентный температуре всего около 21 кельвина [1][2]. Это и есть настоящий предел дальней радиолинии — не насколько слаб сигнал, а насколько он слаб по сравнению с шумом.

CH.02 / 06 — СЛОЖЕНИЕ ДЕЦИБЕЛ

−308 дБ пустого пространства

Бюджет радиолинии перемножает всё на пути сигнала, поэтому инженеры складывают логарифмы: мощность передатчика, плюс усиление каждой антенны, минус потери в пространстве из-за расхождения сигнала по всё большей сфере. Опубликованная JPL расчётная таблица для «Вояджера-2» на 1 января 1996 года, на расстоянии 48,62 а.е., даёт 40,9 дБм (12,3 Вт) в остронаправленную антенну с усилением 48,2 дБи, потери в пространстве −308,19 дБ на 8415 МГц, 70-метровую антенну с 74,01 дБи и принимаемую мощность −145,5 дБм [1].

При спектральной плотности шума −185,35 дБм/Гц это давало отношение сигнал/шум 39,9 дБ·Гц, и телеметрия 160 бит/с замыкалась с запасом 13,3 дБ [1]. Прибор ниже собирает этот бюджет из физики: усиление антенны по диаметру, потери по расстоянию, шум по температуре. Начните с пресета «Вояджер-2», затем отодвиньте «Вояджер-1» на один световой день.

БЮДЖЕТ РАДИОЛИНИИ
Pr = Pt + Gt + Gr − 20 log(4πd/λ) − L  ·  G = η(πD/λ)²  ·  N₀ = kT  ·  Rmax = (Pr/N₀) / (Eb/N₀)req
КПД антенны η = 0,65 воспроизводит оба усиления из таблицы (48,2 и 74,0 дБи) с точностью до 0,1 дБ; L = 0,42 дБ потерь наведения, поляризации и атмосферы и параметры канала данных (−1,25 дБ доля мощности данных, −0,8 дБ системные потери, 2,34 дБ требуемое Eb/N₀ для кодированной линии) взяты из таблиц «Вояджера» [1]. Для 34-метровой антенны и диапазона Ka приняты те же 21 К и КПД — это допущение.
—
—
CH.03 / 06 — УЗКИЕ ЛУЧИ, ТОЧНОЕ НАВЕДЕНИЕ

Усиление — это просто фокусировка

Антенна не создаёт мощность — она сжимает её в узкий луч. Усиление растёт как квадрат диаметра, измеренного в длинах волн, поэтому вдвое более широкая антенна или вчетверо более высокая частота дают 6 дБ или 12 дБ. Платить приходится наведением: луч сужается в той же пропорции, и бо́льшую, более высокочастотную антенну нужно наводить точнее (о том, почему тарелка вообще фокусирует, — в ПАРАБОЛЕ).

Остронаправленная антенна «Вояджера» диаметром 3,66 м с усилением в диапазоне X около 48 дБи всё же имеет такой луч, что его пятно на расстоянии Земли от окраин Солнечной системы — десятки миллионов километров [1]. Меняйте диаметр и частоту и смотрите, как обмениваются усиление и ширина луча.

—
—

Ширина луча по половинной мощности ≈ 70 λ/D градусов — стандартное эмпирическое правило для параболической антенны; η = 0,65.

CH.04 / 06 — МЕДЛЕННЕЕ С КАЖДЫМ ГОДОМ

Скорость передачи «Вояджера», рассчитанная на угасание

Сигнал ослабевает как квадрат расстояния, так что каждое удвоение стоит 6 дБ — вчетверо меньшую скорость передачи. JPL это предусмотрела: в её монографии о связи «Вояджеров» указаны годы, когда каждая скорость перестанет работать на каждой антенне: 1400 бит/с на 70-метровой — примерно до 2007–2011, 160 бит/с на 34-метровой — примерно до 2024–2029 [1]. «Вояджер-1» должен достичь одного светового дня, около 25,9 млрд км, 18 ноября 2026 года: тогда команда будет идти до него целые сутки [3].

Когда одной антенны уже не хватает, сеть объединяет несколько антенн, складывая их сигналы; в таблице монографии для самых высоких скоростей указана связка 70-метровой и 34-метровой антенн [1]. И выгодно подниматься по частоте: те же антенны в диапазоне Ka (32 ГГц) вместо X (8,4 ГГц) дают примерно по 11,6 дБ на каждом конце линии — хотя дождь и влажность гораздо сильнее мешают диапазону Ka [4].

CH.05 / 06 — ПОЛВЕКА СЛУШАНИЯ

Самый долгий телефонный разговор

Бюджет радиолинии — обещание, записанное в децибелах: каждый, потраченный на расстояние, нужно выкупить большей антенной, более холодным приёмником или более медленным сообщением.

CH.06 / 06 — ИСТОЧНИКИ

Источники, на которые ссылается этот справочник